“一带一路”倡议下甘肃省灰水足迹测度及GM(1,1)模型预测研究

【目的】研究"一带一路"倡议下甘肃省水资源利用情况。【方法】采用灰水足迹模型,分析了2003—2015年甘肃省剩余灰水足迹、灰水足迹效率、水环境荷载指数指标,运用GM(1,1)模型定量预测了2016—2020年甘肃省生活、工业和农业部门的灰水足迹。【结果】(1)2015年甘肃省的灰水足迹为115.2亿m3,各部门对灰水足迹的贡献度依次是:生活农业工业;(2)2003—2015年,灰水足迹总量呈上升趋势,但部分年段小幅下降,工业灰水大幅提高,增加了105.91%;(3)剩余灰水足迹总体呈上升趋势,2013—2015年增幅最大,增加了67.11%,说明甘肃省的水资源压力逐年加大,水污染不断加重、水质即将出现恶化;(4)灰水足迹效率提高了约2.3倍,表明在单位灰水足迹上能够创造出更多的GDP;甘肃省灰水足迹效率均值为38.62元/m3,与中国平均灰水足迹效率42.21元/m3相比,仍处较低水平;(5)水环境荷载指数呈波动上升趋势,在2003年基础上增长了1.2倍,2013年以来,该指数快速上升,逼近0.8,表明甘肃省的水环境压力在不断增大,所排污染物持续增多,存在水环境恶化风险。【结论】基于GM(1,1)模型预测,2016—2020年生活、工业灰水有所下降,到2020年将分别减少到6.976 9×109m3和3.569 9×109m3;农业灰水持续增长,2020年将达到7.620 6×109m3,对水资源构成较大威胁。     

新疆畜牧业发展用水研究——基于水足迹的视角

利用水足迹相关理论,构建畜牧业水足迹核算公式,分析新疆畜牧业2016年的相关数据发现:生产单位质量的畜禽产品用水足迹由高到低依次为大牲畜(14.15 m3/kg)、绵羊(8.73 m3/kg)、山羊(6.23 m3/kg)、禽(3.76 m3/kg)、猪(3.08 m3/kg);新疆畜牧业的总用水足迹为185.27亿m3,其中绿水、蓝水、灰水足迹分别为12.42亿m3、106.86亿m3、65.99亿m3,灰水足迹的占比为35.62%,对环境保护带来的压力是种植业的3倍;各畜禽用水足迹分别为大牲畜(85.79亿m3)、绵羊(62.88亿m3)、禽(16.44亿m3)、猪(15.27亿m3)、山羊(4.88亿m3);根据灰水足迹的占比,各畜禽对环保产生的压力由高到低依次为大牲畜、猪、禽、绵羊、山羊。     

甘肃省马铃薯种植水足迹及效率评价—基于GM(1,1)模型的实证预测研究

借助CropWat模型运用水足迹理论对1993-2014年甘肃省马铃薯种植水足迹进行量化分析,并利用GM(1,1)模型对马铃薯水足迹进行了预测分析。结果表明:(1)甘肃省马铃薯生长过程水足迹整体呈波动上升趋势,最小值为1993年的1.88×109m~3,最大值为2013年的5.11×10~9m~3,平均值为3.62×10~9m~3/a;(2)马铃薯水足迹构成中以蓝水足迹为主,约占63.80%,绿水足迹占23.28%,灰水足迹占12.92%,三者皆呈波动上升趋势;(3)马铃薯水足迹效率总体呈上升—下降—上升的态势,其最小值为1993年的5.27元/m~3,最大值为2014年的25.06元/m~3,同比增长约4.76倍,表明甘肃省马铃薯水足迹效率明显提高,意味着马铃薯种植为甘肃省农业总产值的贡献度有所提高;(4)借助GM(1,1)模型预测到2015-2020年马铃薯生长过程水足迹、蓝水、绿水及灰水足迹皆呈缓慢上升趋势。     

宝鸡峡灌区小麦水足迹时空变化特征与归因分析

基于水足迹理论,计算了实际耗水和施肥情况下宝鸡峡灌区小麦水足迹的各项指标,分析了小麦水足迹各指标的时空变化特征,利用对数平均迪氏指数分解法推导了总水足迹变化量分解公式,细致定量了气候变化和人类活动因子对总水足迹变化的贡献。结果表明:灌区小麦总水足迹1994—2010年均值为6.73亿m~3,Mann-Kendall检验呈显著下降趋势,年均变幅为-0.17亿m~3/a,水足迹结构由蓝水主导演变为灰水主导。单位产量的小麦生产水足迹、生产绿水、蓝水和灰水足迹多年平均值分别为1.04、0.36、0.32、0.37 m3/kg。生产水足迹、生产绿水和蓝水足迹在灌区内从西向东呈递增趋势,生产灰水足迹以兴平为中心向两侧递增。归因分析表明,影响灌区小麦总水足迹变化的主导因子为人类活动,其贡献率和为-113.57%,而气候变化因子的贡献率仅为13.57%。人类活动因子中,贡献率从大到小依次为灌溉定额(-56.58%)、总种植面积(-55.78%)、小麦种植比例(-43.76%)、单位面积施氮量(39.96%)、灌溉水有效利用系数(2.59%)。     

山东省灰水足迹区域均衡性分析

为了解山东省水环境整体均衡状况,采用灰水足迹法定量分析水污染状况,并通过基尼系数以及不平衡指数中的匹配距离对山东省灰水足迹进行区域均衡性评价.研究表明:①山东省灰水足迹在2005-2017年总体呈现出下降的趋势.在灰水足迹组成中,农业所占比例最大,其次是生活,工业所占比例最小.②人均灰水足迹地区差异较小,而灰水足迹强度...     

基于时间序列模型的黑龙江省粮食水足迹分析与预测

利用CROPWAT 8.0 模型计算了2000-2017年黑龙江省主要粮食作物水足迹,并利用自回归移动平均模型ARIMA对2018-2022年黑龙江省粮食作物水足迹进行了预测.黑龙江省粮食作物生产水足迹增长迅速,2000-2017年黑龙江省粮食作物生产水足迹总量增长了2.84倍;玉米的水足迹为0.47~1.07 m³/kg,而大豆、小麦和水稻的水足迹分别为1.35~2.39,1.12~2.99和1.76~1.41 m³/kg;小麦的绿水足迹占比最高,约为72.74%,其次是玉米(66.26%)和大豆(64.59%),而水稻的绿水足迹占比最低,约为46.99%;4种作物的灰水占水足迹的比例均低于1.12%.ARIMA模型预测结果表明,黑龙江省粮食作物的水足迹将逐年升高,玉米的水足迹呈逐年下降趋势,水稻和大豆的水足迹呈逐年上升趋势,小麦的水足迹基本不变.考虑到黑龙江水资源相对缺乏,而粮食作物水足迹总量逐年上升,建议加强农业管理,提高作物的水分利用效率.     

基于水足迹理论和灰靶模型的汉江干流水资源可持续利用评价

以汉江干流10个地级市为研究对象,计算2008-2015年水足迹参数,实现水足迹的时空分析;从PSR视角,构建水资源可持续利用综合评价体系,采用熵权灰靶模型评价2015年汉江干流水资源可持续利用强度。结果表明:①2008-2015年汉江干流水足迹呈缓慢增长态势,增长率24.28亿m~3/a;农业水足迹占比最大,平均为87.78%。②水足迹经济效益仅武汉市最高,为62.72元/m~3,其余各市集中在9～22.72元/m~3;水资源压力指数仅汉中、安康和十堰三市较小。③2015年汉江干流各市综合水资源可持续利用水平多集中在中、差等级,仅上游的汉中和安康市为优等级;就准则层而言,均表现为上游的可持续性优于中下游,其中,响应层的可持续性最佳,压力层的可持续性最差。     

中国农作物水足迹时空分布与影响因素分析

为全面评价中国农作物对水资源真实消耗,计算并分析了31个省区1996—2015年农作物水足迹,并借助通径分析方法分别对影响农作物生产水足迹(单位耕地面积水足迹)时间变化和空间分布的影响因素进行了揭示。结果显示:全国年均农作物水足迹为1 421.07 Gm3,蓝水、绿水和灰水足迹分别占10.05%、66.79%及23.16%;粮食和水果类作物水足迹占总量的85%以上,二者很大程度上决定着中国农作物水足迹的变化。中国农作物生产水足迹为1 156.90 mm,时间上呈先下降后缓慢上升态势,空间上为从东南向西北逐渐递减的格局。人口密度、人均纯收入和化肥施用量是农作物生产水足迹时间变化的主要驱动因子,而降雨量、人均GDP及人均纯收入对其空间分布有重要影响。经济发展是降低农作物水足迹的原动力,可以促进化肥施用量降低、灌溉用水效率提高以及增强绿水资源调控能力。     

疏勒河流域中下游地区主要粮食作物生产水足迹变化及影响因素分析

以甘肃省玉门市为典型案例区,基于水足迹理论和CROPWAT模型,利用气象和农业数据,对1981-2017年该地区小麦、大麦和玉米3种主要粮食作物生产水足迹进行核算,并分析其变化特征与影响因素。结果表明:水足迹总量整体呈下降趋势,蓝水所占比重最大(78%),灰水次之(16%),绿水最少(6%);从各粮食作物水足迹整体变化趋势来看,蓝水与绿水呈互补关系,灰水与蓝水变化相一致;从单位产量水足迹来看,玉米是粮食作物中单位产量水足迹最低,单产最高的作物,在主要粮食作物种植中占有绝对优势。影响因素分析结果显示:经济因素是影响粮食作物水足迹的首要因素,其次是农业生产因素、气象因素和人口因素。其中,蓝水足迹主要受经济因素和农业生产因素影响;绿水足迹主要受气象因素中的风速和降水的影响;灰水足迹主要受氮肥施肥量影响。     

基于灰水足迹的流域水环境评价

为实现更加科学的评价流域水环境,基于水足迹理论,提出了更为全面的流域灰水足迹核算评价方法,解决了以往流域灰水足迹评价中污染核算不全面、参数选取原则不统一的问题。以大连市复州河流域为例,从工业、居民生活、畜禽养殖业和种植业四个污染源分析了2018年流域灰水足迹量值与空间特征,同时进行流域水环境评价。结果显示:2018年复州河流域灰水足迹为29.23亿m³,其中工业灰水足迹为0.27亿m³,居民生活污染灰水足迹为6.31亿m³,畜禽养殖业灰水足迹为13.03亿m³,种植业灰水足迹为9.62亿m³,总体上呈现沿河流自上游向下游逐渐递增,在入海口处有所降低的趋势。2018年复州河流域水污染程度为846.35%,表明流域内地表水纳污能力已全部耗尽,无法吸收净化流域内每年产生的污染物数量。研究结果较好的评价了流域水环境现状,可为复州河流域水环境治理与其他流域水环境评价提供参考。     

北京市农业生产消费虚拟水对比分析及评价

基于虚拟水理论和北京市养殖场实地调研资料计算了农产品单位虚拟水量,结合生产、消费数据计算了北京市虚拟水量。从虚拟水角度对广义水资源利用情况进行了评价,并通过灰水足迹概念来衡量水污染程度。结果表明:1动物产品虚拟水量高于农作物,牛肉虚拟水量最大,猪肉、鸭肉、蛋类、鸡肉次之,农作物中大豆、花生、水稻的虚拟水量较高。22000—2012年间,农作物生产虚拟水量年均减少0.59亿m~3,平均蓝水利用率41.2%,绿水利用率58.8%。32000—2012年间,农产品生产虚拟水量呈现波动减小,消费虚拟水量增加,农村居民人均虚拟水消费显著低于城镇居民。413年间,虚拟水进口量介于13.26~42.20亿m~3之间,水资源自给率下降,农业万元产值水资源使用量由0.42亿m~3/亿元减小至0.20亿m~3/亿元,水资源人口承载密度略微增加。5农业灰水足迹由6.24亿m~3减小到3.90亿m~3,年均减小0.20亿m~3。     

河北省主要农作物水足迹与耗水结构分析

【目的】调整区域农业种植结构,合理利用区域农业水资源。【方法】基于水足迹理论框架分析了1957—2015年河北省14种农作物的水足迹及其历史变化趋势,通过核算农作物耗水率和单位水价值2个指标,划分了主要农作物的耗水结构。【结果】河北省主要农作物年均总水足迹为434.4亿m~3,其中蓝水、绿水和灰水分别占44%、42%和14%;总水足迹、绿水足迹及灰水足迹均呈逐年增加趋势;而蓝水足迹变化趋势不明显。冬小麦、夏玉米、水果与蔬菜为主要耗水作物。棉花和芝麻耗水率最高,为典型的高耗水作物。甜菜、蔬菜和水果的单位水价值最高,且耗水结构最优。【结论】河北省可进一步控制棉花和芝麻的种植规模,在不造成水压力的前提下,适度扩大蔬菜和水果的种植规模。     

四川省能源和粮食生产用水竞争及与经济关系研究

水-能源-粮食系统存在相互依存、相互制约的复杂关系,量化该系统的相互关系,对于合理配置和协调利用水、能源和粮食资源,促进区域社会经济的可持续发展具有重要意义。本文运用能源和粮食生产水足迹模型、竞争指数模型、脱钩理论及锡尔指数等方法,核算分析了四川省2009—2019年能源和粮食生产水足迹及其时空变化特征,以及能源和粮食生产对水的竞争关系,探究了水足迹和地区生产总值的内在联系。研究结果表明：能源和粮食生产水足迹均呈上升趋势。能源生产蓝水足迹年均值为5.45×109m3,占能源生产水足迹的93.76%;粮食生产蓝水足迹年均值为1.06×1010m3,占粮食生产水足迹的26.02%,绿水足迹的贡献率超过蓝水足迹和灰水足迹之和,占比53.06%。四川省能源和粮食生产对水的竞争指数呈上升趋势,增幅为42.69%。由于川西北生态示范区和攀西经济区等地区兼顾粮食和水电生产,其竞争指数明显高于其他地区。四川省水足迹和地区生产总值的脱钩关系为弱脱钩,处于相对协调发展状态,说明经济发展对用水量的控制状态相对较好;水足迹强度总差异呈扩张趋势,说明四川省用水效率不均衡性逐渐扩大,但研究后期有所下降,发展逐渐趋同。该研究可为四川省水资源调配、能源开发和粮食生产提供建议,也可为该地区优化经济发展方式以及用水效率的协同发展提供参考。     

基于水足迹视角下的水资源利用与经济协调发展脱钩分析——以贵州省为例

为了探讨贵州省水资源利用与经济协调发展之间的关系,利用贵州省2006-2015年统计数据计算其水足迹指标以及水足迹评价指标,并构建协调发展脱钩评价模型对水资源利用与经济发展之间的关系进行评价,结果表明:贵州省2006-2015年水足迹总体上呈波动下降趋势,其中农业用水是水足迹的主要组成部分,平均占比为57.83%,农业用水中,粮食作物和蔬菜水足迹占比最大,平均占比为38.42%和41.96%;水资源自给率、水资源压力指数和水资源匮乏指标均较高;GDP增长与水资源利用的关系整体上在波动中由弱脱钩的初级协调向强脱钩的优质协调转化。基于以上结论,通过改变消费结构、改变虚拟水贸易结构以及优化产业结构来进一步促进贵州省水资源利用与经济增长之间更好的协调发展。     

基于水足迹理论的宁夏水资源安全评价

基于水足迹理论和计算模型及水资源安全评价指标,以宁夏2012年统计数据为依据,计算了该区2012年的水资源足迹,并对水资源利用现状进行了评价。研究表明:12012年宁夏总的水资源足迹为100.894亿m3,人均水资源足迹为1 558.953m3/人;2农业是宁夏水资源消耗量最大的产业,水资源足迹达到84.715亿m3,占本地生产服务用水量的63.086%;3宁夏水资源匮乏度为93.377%,水资源压力指数为124.280%,水资源利用处于不可持续状态。因此,可通过调整产业结构,转变消费理念和消费结构,从外流域调水和发展虚拟水贸易等方式缓解地区水资源压力,实现区域水资源可持续利用。     

基于水足迹理念的水资源短缺评价—以2022年冬奥会雪上项目举办地为例

2022年北京冬奥会雪上项目将在崇礼区举行,随着旅游业的发展使得当地面临一定的水资源压力和风险,这对崇礼区水资源及水环境的治理和改善提出了更高的要求.以冬奥会主要雪上项目举办地崇礼区为研究区,基于水足迹理论,核算了2006―2015年崇礼区水资源消耗情况,并结合水量、水质评价崇礼区水资源压力.结果表明,崇礼区2006―2015年平均水足迹为6232.2万m3;蓝水足迹为3389.7万m3,其中种植业消耗蓝水足迹最多;多年平均绿水足迹为2842.4万m3,全部来自种植业;平均灰水足迹为2686.3万m3,其中畜牧业灰水足迹为1524.9万m3,占比达到57％,为主要的污染来源.多年平均水量性缺水指标(Iblue)为2.19,属于重度缺水;水质性缺水指标(Igrey)均值小于1,不存在水质性缺水问题.月尺度的水短缺研究表明,崇礼区水量性水资源短缺集中在5―7月,其中5月份最大,Iblue达5.86.总体而言,崇礼区水环境状况较好,但仍存在水量性水资源短缺的情况,因此需要加强水资源管理,实现水资源的可持续利用.     

济南市1997-2014年农业水足迹及结构变化特征分析

为了研究地区农业用水总量与用水结构动态变化响应关系,深化调控农业产业结构与农业用水结构,基于水足迹理论,采用VAR(2)模型建立了脉冲响应函数以及方差分解,研究了济南市1997-2014年农业水足迹变化情况以及农业水足迹构成之间的响应关系.结果表明,济南市农业绿水、蓝水、灰水足迹呈现逐年递增趋势,其中1997-2009年为快速上升阶段,2009-2014年为平稳上升阶段;种植业水足迹与农业水足迹之间不存在黏滞性,渔业水足迹与农业水足迹之间存在负响应关系;影响济南市农业水足迹的重要因素依次为种植业水足迹、畜牧业水足迹、林业水足迹、渔业水足迹.总之,通过适当减少高耗水种植业和畜牧业生产、增加渔业产品产量、制定长期的农业用水规划,并进一步优化农业用水结构,方可实现农业水资源的可持续利用与发展.     

供应链视角小麦与初加工产品生产水足迹分析

针对农产品水足迹量化仅关注农田直接耗水,而忽略间接水足迹的问题,基于国际水足迹标准量化框架,结合生命周期法,构建考虑生产资料及其上游产品完整供应链、国际和国内贸易的农产品生产水足迹量化框架,计算2016年中国大陆省级行政区尺度小麦原粮及其初加工产品（面粉和麦麸）的生产水足迹,分析其耗水特征。结果表明：供应链视角下,全国平均小麦生产水足迹为4869m3/t,生产资料的间接水足迹占比为6%;面粉和麦麸生产水足迹分别为3781m3/t和11037m3/t;省级小麦及其初级加工产品生产水足迹的大小与构成存在显著空间异质性,福建省小麦生产间接蓝水足迹占比高达25%。研究结果可为全面解析区域间农业和工业用水投入内在联系,制定合理的配水方案、落实“以水定产”战略提供一定科学依据。     

山东省地市灰水足迹测度与空间格局分析

灰水足迹是可以量化水污染的指标,在计算山东省灰水足迹和分析水质污染程度的基础上,基于ESDA研究各市灰水足迹强度的全局、局部空间自相关性,构建灰水足迹强度的空间集聚图,衡量经济增长下的水环境负效应。研究表明:2001-2014年山东省各市的灰水足迹总体上呈现下降趋势,水污染压力逐年降低;山东省各市灰水足迹承载指数偏大,说明水质污染严重,并且区域间的污染程度差异大;山东省各市的灰水足迹强度不断下降,说明经济发展对水污染的影响减小,水环境负效应减轻;山东省灰水足迹强度具有不断增强的全局自相关性,各个市出现集聚现象,不同地市的集聚分布也日益明显;山东省西部地区稳定属于高高集聚,低低集聚主要分布在东部地区,并不断向外扩展。研究结果为政府部门评价水污染状况、制定有关水污染控制和水生态文明防护的政策提供依据。     

基于水足迹理论的山西省水资源利用与经济发展脱钩状况分析

为充分了解山西省水资源利用现状及变化趋势。基于水足迹理论分析了山西省及其各行政区2007-2016年的水资源利用状况,探讨了水资源配置和利用的时空变化特征,并结合协调发展脱钩评价模型对山西省水资源利用与经济增长协调发展进行评价。结果表明:①近十年来山西省水足迹总体呈现上升趋势,各行政区之间差异显著,其中运城市水足迹值最高,阳泉市最低。全省多年人均水足迹平均值为731.22 m~3/人。②水足迹结构在研究时限内基本稳定,农业水足迹占比一直保持在90%左右,工业用水小幅下降,生活、生态用水小幅上升。③山西省水资源自给率水平非常高,平均值为98.97%。除太原市外,其他地区水资源自给率均保持在97%以上。④山西省水足迹经济效益由2007年的28.13元/m~3上升到2016年的43.23元/m~3,各行政区10年间水足迹经济效益均有不同程度的提高。⑤10年间山西省各行政区的水资源压力指数均大于1,整体水资源压力指数由2007年的1.96上升到2016年的2.24,说明山西省水资源利用长期处于不安全状态,且地区差异明显。⑥山西省经济增长与水资源利用之间除2013年、2014年外均表现为协调关系。